УЗЕЛ СТЕРЖНЕВОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2008 года по МПК E04B1/58 E04C3/292 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении деревянных арок, рам и ферм.

Известен узел стержневой конструкции, включающий верхний и нижний стержни, соединяемые под углом на лобовой врубке. Для повышения несущей способности узла соединения применяются накладки, устанавливаемые с обеих сторон узла и прикрепляемые к обоим стержням. Накладки могут быть выполнены либо из стали, либо из древесины. Крепление накладок может быть выполнено стяжными болтами, гвоздями или шипами, образованными самой накладкой (см. Атлас деревянных конструкций. К.Г.Гетц и др., М.: С/И. 1985 г., с.182).

Недостатком этого устройства является большое количество нагелей в обоих стержнях, что снижает их несущую способность, уменьшая площадь поперечного сечения нетто.

Известен также узел стержневой конструкции, содержащий несущий стержень на который оперт стержень-раскос, и стыковые накладки (см. RU 2179613, МКИ Е04С 3/12, Е04В 1/58, 2002).

Недостатком описанного прототипа является значительный вес конструкции и неудовлетворительное использование материала стержней с позиций прочности - невысокое отношение величины несущей нагрузки к площади поперечного сечения стержней и неизбежное снижение прочности несущего стержня, в который «врезают» первый стержень, что снижает несущую способность узла.

Решаемая техническая задача - обеспечение высокой несущей способности узла стержневой конструкции.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности эффективного использования конструкции при формировании каркаса (с получением высокой прочности и высокой жесткости узла соединения стержней). Кроме того, обеспечивается максимально эффективное использование материала конструкции, т.е. сочетание минимизации ее материалоемкости при повышенной несущей способности.

Для решения поставленной задачи узел стержневой конструкции, содержащий несущий стержень, на который оперт стержень-раскос, и стыковые накладки, отличается тем, что содержит дополнительный раскос, при этом стержни-раскосы состыкованы под углом друг к другу, причем сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин, при этом в сечении несущего стержня число пластин фанеры на единицу больше числа пластин фанеры, использованных в конструкции стержней-раскосов, при этом названные пластины размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стержней-раскосов, кроме того, при наличии в конструкции стержней не менее двух пластин фанеры они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, размещенных в зазорах, кроме того, стык пластин фанеры стержней-раскосов пропущен через зазор между пластинами фанеры несущего стержня и лишен соответствующих участков полок, при этом торцы оставшихся участков полок стержней-раскосов уперты в обращенную к ним поверхность полки несущего стержня, кроме того, участок стыка по площади стыка стержней-раскосов, пропущенного через зазор между пластинами фанеры несущего стержня, и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами, например шурупами. Кроме того, в зазоре между пластинами фанеры несущего стержня, в контакте с продольными кромками стенок стержней-раскосов размещены вкладыши, выполненные из фанеры, соответствующей толщине таких пластин. Кроме того, над участком стыка стержней-раскосов на внешней поверхности пластин фанеры несущего стержня размещены стыковые накладки, выполненные из фанеры, соответствующей толщине таких пластин. Кроме того, стержни-раскосы размещены симметрично относительно перпендикуляра к несущему стержню. Кроме того, полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин с обеих ее сторон, причем толщина брусков, закрепленных в зазоре между пластинами, соответствует толщине фанеры, используемой для изготовления пластин. Кроме того, узел снабжен дополнительной стыковой накладкой, выполненной из материала, сопротивление растяжению которого выше, чем у материала стержней, зафиксированной на внешней стороне их стыка, испытывающей растягивающие нагрузки. Кроме того, стыковые накладки и соответствующие пластины на участке стыка дополнительно скреплены клеем. Кроме того, в плоскости стыка выполнено сквозное отверстие с возможностью размещения и фиксации тяги, например, выполненной из металла.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «узел содержит дополнительный раскос, при этом стержни-раскосы состыкованы под углом друг к другу» расширяет ассортимент деревянных стержневых ферменных конструкций, повышает прочностные характеристики и обеспечивает возможность увеличения их пролета.

Признаки «сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин» обеспечивают возможность формирования высокопрочной и легкой строительной конструкции из профилированных стержней, при этом возможно: наращивание несущей способности конструкции за счет увеличения высоты стенки (без боязни потери устойчивости стенки при нагрузках вдоль стенок профиля); наращивание момента сопротивления сечения балки (за счет увеличения размера полки) при одновременном обеспечении прочности стыкования стержней за счет «взаимопроникновения» на стыкуемых участках без существенного повышения материалоемкости этих участков.

Признаки «в сечении несущего стержня число пластин фанеры на единицу больше числа пластин фанеры, использованных в конструкции стержней-раскосов, при этом названные пластины размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стержней-раскосов» обеспечивают возможность взаимопроникновения стыкуемых участков стержней-раскосов в несущий, обеспечивают плотное контактирование пластин и упрощают процедуру организации такого взаимопроникновения.

При этом наличие поперечных ребер жесткости обеспечивает совместность работы элементов стержня - пластин и брусков, т.е. их работы, как элементов одной строительной конструкции, и общее повышение прочностных характеристик профиля, из которого изготовлены стержни.

Признаки «стык пластин фанеры стержней-раскосов пропущен через зазор между пластинами фанеры несущего стержня и лишен соответствующих участков полок» обеспечивают возможность проникновения пластин, составляющих стенки стыкуемых стержней-раскосов, в зазор между стенками (пластинами) несущего стержня.

Признаки «торцы оставшихся участков полок стержней-раскосов уперты в обращенную к ним поверхность полки несущего стержня» обеспечивают снижение удельных сжимающих нагрузок на торцы брусков и ограничивают возможность поворота стержней в стыке.

Признаки «участок стыка по площади стыка стержней-раскосов, пропущенного через зазор между пластинами фанеры несущего стержня, и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами, например шурупами» обеспечивают монолитность стыка.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают возможность образования монолитной (без полостей) конструкции в зоне стыка при склейке накладок со стенками и стягивании конструкции шурупами.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают перераспределение нагрузок, воспринимаемых узлом, на достаточно обширном участке стержней.

Признаки четвертого - пятого пунктов формулы изобретения упрощают подготовку производства.

Кроме того, признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают оптимизацию перераспределения нагрузок, воспринимаемых узлом, увеличивая общую площадь полок профиля.

Признаки шестого - седьмого пунктов формулы изобретения повышают несущую способность узла.

Признаки восьмого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность подвеса нижележащих элементов конструкции фермы к ее вышележащим узлам (например, коньку).

На фиг.1 схематически показан продольный разрез узла; на фиг.2 схематически показан вид снизу (дополнительная стыковая накладка не показана); на фиг.3 схематически показан вид сбоку.

На чертежах показаны несущий стержень 1, стержни-раскосы 2 (конструктивно оба стержня-раскоса идентичны и состыкованы под углом друг к другу, желательно - симметрично, относительно перпендикуляра к несущему стержню). Сечению стержней 1 и 2 придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин 3 фанеры, а полки выполнены в виде брусков 4 и 5 (последние - закреплены в зазоре между пластинами 3, причем их толщина соответствует толщине фанеры, используемой для изготовления пластин). Элементы 4 и 5 закреплены вдоль продольных кромок пластин 3, при этом в сечении несущего стержня 1 число пластин фанеры 3 на единицу больше числа пластин фанеры 3, использованных в конструкции стержней-раскосов 2, при этом названные пластины размещены с зазором 6, равным толщине пластин, использованных в конструкции стержней-раскосов 2, кроме того, при наличии в конструкции стержней не менее двух пластин фанеры они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости 7, размещенных в зазорах 6, кроме того, стык 8 пластин фанеры 3 стержней-раскосов 2 пропущен через зазор 6 между пластинами фанеры несущего стержня 1 и лишен соответствующих участков полок, при этом торцы 9 оставшихся участков полок стержней-раскосов 2 уперты в обращенную к ним поверхность 10 полки несущего стержня 1. Участок стыка по площади стыка стержней-раскосов 2, пропущенного через зазор между пластинами фанеры 3 несущего стержня 1, и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами 11, например шурупами. Если необходимо усиление жесткости узла, то над участком стыка стержней-раскосов 2 на внешней поверхности пластин фанеры несущего стержня 1 могут быть размещены стыковые накладки 12 и вкладыши 13, выполненные из фанеры, соответствующей толщине таких пластин, при этом площадь стыка, усиливаемая стяжными элементами 11, определяется площадью стыковых накладок 12. Узел снабжен дополнительной стыковой накладкой 14, выполненной из материала, сопротивление растяжению которого выше, чем у материала стержней, зафиксированной на внешней стороне их стыка, испытывающей растягивающие нагрузки. Вкладыши 13, стыковые накладки 12 и соответствующие пластины 3 на участке стыка дополнительно скреплены клеем (на чертежах не показано). В плоскости стыка выполнено сквозное отверстие (на чертежах не показано) с возможностью размещения и фиксации тяги 15, например, выполненной из металла.

Стержни изготавливают склеиванием в заводских условиях на стендах известной конструкции, обеспечивающих заданную фиксацию ее элементов и их соответствующее сжатие на время отвержения клея. Для изготовления продольных брусков 4 и 5 и поперечных ребер жесткости 7 используют древесину не ниже 2-го сорта хвойных пород (за исключением лиственницы) по ГОСТ 8486-86 с размерами по ГОСТ 24454-80, с соответствующими расчетными характеристиками по СНиП П-25-80. Количественные параметры дефектов формы и обработки деталей (покоробленность, отклонение от параллельности пластей и кромок, обзол) не должны превышать допускаемых для пиломатериалов 2-го сорта. Сквозные трещины, выходящие на торец, не допускаются. Сучки загнившие, гнилые и табачные, а также несросшиеся, расположенные на кромках, не допускаются.

Бруски 4 и 5 полок стержней склеиваются по длине с помощью зубчатых соединений по ГОСТ 19414-90. Показатели предела прочности на изгиб зубчатых соединений должны быть не ниже:

- при нагружении кромки (порядка 33 МПа и не ниже 24 МПа);

- при нагружении пласти(порядка 37,5 МПа и не ниже 27 МПа).

Для изготовления пластин 3 и также при необходимости и поперечных ребер жесткости 7 и брусков 5 используют фанеру марки ФСФ сорта не ниже В/ВВ по ГОСТ 3916.1-89 толщиной 8 и 10 мм.

Поперечные ребра жесткости 7 размещают по длине балки на расстоянии друг от друга «в опасных по разрушению» сечениях балки, определяемых расчетом для конкретных условий (что наиболее целесообразно) с учетом обеспечения «совместности» работы пластин, или же задают это расстояние по технологическим соображениям исходя из минимального числа ребер жесткости, обеспечивающего «совместность» работы пластин.

Клеевые соединения в конструкциях следует выполнять на синтетических клеях, соответствующих требованиям СНиП П-25-80. При этом клеевые соединения должны удовлетворять следующим требованиям:

- влажность древесины деталей балок до обработки защитными составами должна быть 12±3%;

- балки по качеству клеевых соединений должны отвечать требованиям ГОСТ 20850-84;

- толщина и ширина склеиваемых слоев в поясах балок должна отклоняться от номинальной не более ±1 мм;

- толщина клеевых прослоек в элементах конструкций должна быть не более 0,5 мм. Допускаются участки толщиной до 1 мм, если их длина не превышает 100 мм, а расстояние между ними - не менее десятикратной длины этих прослоек;

- непроклееные участки не допускаются.

Готовые конструкции при необходимости подвергают защитной и/или декоративной обработке, для предохранения их от увлажнения, биоповреждения, возгорания и химической коррозии, а также придания им необходимого эстетического вида. Эти работы выполняют на предприятии-изготовителе. Защита возможна как от одного, так и от комплекса указанных воздействий, что регламентируется условиями эксплуатации конструкций. При этом балки для зданий V степени огнестойкости должны быть защищены от биоразрушения на срок безремонтной службы 50 лет для деталей VIII класса условий службы - по ГОСТ 20022.2-80; древесина балок для зданий IV степени огнестойкости должна быть защищена от биоразрушения и возгорания посредством глубокой пропитки составами диаммония фосфата (аммоний фосфорнокислый) с сернокислым аммонием, буры с борной кислотой в соотношении 1:1 или другими защитными составами, обладающими аналогичными свойствами.

Готовые изделия упаковывают и отправляют потребителю.

Формирование узла включает опиливание торцов стержней-раскосов 2 под заданным углом и удаление участков брусков 4 и 5 с участка их стыка, вводимого в несущий стержень 1, а также подготовку вкладышей 13 и накладок 12.

Далее осуществляют сборку узла - укладывают брусья набок на ровной поверхности, стыкуют друг с другом и «вводят» пластины их стыка в зазор между пластинами 3 несущего стержня 1. По завершении этой операции торцы 9 оставшихся участков полок стержней-раскосов 2 будут уперты в обращенную к ним поверхность 10 полки несущего стержня 1. При необходимости в зазоры 6 стержня 1 вводят вкладыши 13, а на внешних поверхностях пластин 3 размещают накладки 12 (предварительно на соответствующие их поверхности и/или поверхности пластин 3 наносят клей (синтетический, соответствующий СНиП П-25-80). Далее в пределах площади накладок 12 обеспечивают сжимающие усилия перпендикулярно их внешней поверхности, после чего «пакет», включающий пластины 3 и накладки 12 и вкладыши 13 «сшивают» на всю толщину стяжными элементами, например шурупами, которые располагают равномерно по всей площади стыка. Далее стык усиливают размещением и фиксацией шурупами дополнительной стыковой накладки 14 на внешней стороне стыка стержней, испытывающей растягивающие нагрузки. Затем, если это предусмотрено проектом, через узел известным образом пропускают тягу 15 и фиксируют ее.

Целесообразно операцию сборки узла осуществлять в заводских условиях. После окончания сборки ферменной конструкции, включающей заявленный узел, ее используют для формирования каркаса крыши здания. Причем этот процесс отличается от общепринятых технологий исключением необходимости использования мощной подъемной техники в связи с малым весом каркаса.

В процессе восприятия узлом конструктивных нагрузок его элементы обеспечивают работу каркаса, как единого целого.

Кроме того, варьируя число пластин и ребер жесткости в составе конструкции, можно варьировать в широких пределах несущую способность конструкции (при сохранении неизменной ширины пластин - т.е. высоты стенки профиля).

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлу стержневой конструкции. Технический результат заключается в повышении несущей способности и снижении материалоемкости узла. Узел содержит несущий стержень, на который оперты стержни-раскосы, и стыковые накладки. Стержни-раскосы состыкованы под углом друг к другу. Сечению стержней придан профиль двутавра. Стенка двутавра выполнена из пластин фанеры. Полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин. В сечении несущего стержня число пластин фанеры на единицу больше, чем пластин фанеры в конструкции стержней-раскосов. Пластины несущего стержня размещены с зазором, равным толщине пластин стержней-раскосов. При наличии в конструкции стержней не менее двух пластин фанеры, они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, размещенных в зазорах. Стык пластин фанеры стержней-раскосов пропущен через зазор между пластинами фанеры несущего стержня и лишен соответствующих участков полок. Торцы оставшихся участков полок стержней-раскосов уперты в обращенную к ним поверхность полки несущего стержня. Участок стыка по площади стыка стержней-раскосов, пропущенного через зазор между пластинами фанеры несущего стержня, и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами, например шурупами. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел стержневой конструкции, содержащий несущий стержень, на который оперт стержень-раскос, и стыковые накладки, отличающийся тем, что содержит дополнительный раскос, при этом стержни-раскосы состыкованы под углом друг к другу, причем сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин, при этом в сечении несущего стержня число пластин фанеры на единицу больше числа пластин фанеры, использованных в конструкции стержней-раскосов, при этом названные пластины размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стержней-раскосов, кроме того, при наличии в конструкции стержней не менее двух пластин фанеры, они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, размещенных в зазорах, кроме того, стык пластин фанеры стержней-раскосов пропущен через зазор между пластинами фанеры несущего стержня и лишен соответствующих участков полок, при этом торцы оставшихся участков полок стержней-раскосов уперты в обращенную к ним поверхность полки несущего стержня, кроме того, участок стыка по площади стыка стержней-раскосов пропущенного через зазор между пластинами фанеры несущего стержня и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами, например шурупами.2. Узел по п.1, отличающийся тем, что в зазоре между пластинами фанеры несущего стержня в контакте с продольными кромками стенок стержней-раскосов размещены вкладыши, выполненные из фанеры, соответствующей толщине таких пластин.3. Узел по п.1, отличающийся тем, что над участком стыка стержней-раскосов на внешней поверхности пластин фанеры несущего стержня размещены стыковые накладки, выполненные из фанеры, соответствующей толщине таких пластин.4. Узел по п.1, отличающийся тем, что стержни-раскосы размещены симметрично относительно перпендикуляра к несущему стержню.5. Узел по п.1, отличающийся тем, что полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин с обеих ее сторон, причем толщина брусков, закрепленных в зазоре между пластинами, соответствует толщине фанеры, используемой для изготовления пластин.6. Узел по п.1, отличающийся тем, что узел снабжен дополнительной стыковой накладкой, выполненной из материала, сопротивление растяжению которого выше чем у материала стержней, зафиксированной на внешней стороне их стыка, испытывающей растягивающие нагрузки.7. Узел по п.1, отличающийся тем, что стыковые накладки и соответствующие пластины на участке стыка дополнительно скреплены клеем.8. Узел по п.1, отличающийся тем, что стык снабжен тягой, предпочтительно вертикальной, например, выполненной из металла.